sáng kiến kinh nghiệm thí nghiệm quang hình

Chính vì điều đó trong quá trình giảng dạy, người thầy luôn phải đặt ra cái đích đó là giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ và độ

A ĐẶT VẤN ĐỀ

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Vật lí phổ thông là một môn khoa học thực nghiệm, nó có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hình thành và phát triển tư duy, kĩ năng, kĩ xảo học sinh;

là môn học có tính ứng dụng thực tế cao Chính vì điều đó trong quá trình giảng dạy, người thầy luôn phải đặt ra cái đích đó là giúp học sinh nắm được kiến thức

cơ bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ và động cơ học tập đúng đắn để học sinh có khả năng tiếp cận và chiếm lĩnh những nội dung kiến thức, vận dụng được kiến thức lí thuyết vào thực tế đời sống và kỉ thuật

Trong quá trình dạy học vật lí thì bài tập vật lí đóng vai trò đặc biệt quan trọng:

+ Bài tập vật lí giúp học sinh củng cố và mở rộng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn

+ Bài tập vật lí giúp phát triển thói quen vận dụng kiến thức một cách khái quát, phát triển năng lực tư duy sáng tạo, và năng lực tự làm việc của học sinh + Ngoài ra bài tập vật lí còn dùng để kiểm tra mức độ nắm vũng kiến thức học sinh

Hiện nay số lượng bài tập vật lí được sử dụng trong thực tiễn dạy học là rất lớn Nhưng theo phương pháp giải thì ta có thể chia ra thành các dạng sau:

+ Bài tập định tính

+ Bài tập tính toán

+ Bài tập đồ thị

+ Bài tập thí nghiệm

Trong đó bài tập thí nghiệm vật lí có một vai trò đặc biệt quan trọng trong việc cũng cố kiến thức, tạo sự hăng say tò mò khám phá xây dựng kiến thức mới, gây cho học sinh một hứng thú tự giác học tập, việc giải bài tập thí nghiệm

sẽ giúp phát triển tư duy sáng tạo, khả năng tổng hợp kiến thức lí thuyết và thực nghiệm, hình thành kĩ năng, kĩ xảo, vận dụng kiến thức vật lí vào kĩ thuật và thực tế đời sống

Với những ý nghĩa to lớn và lí do như trên, trong bài viết này tôi chọn đề tài

“Sử dụng bài tập thí nghiệm vật lí trong việc củng cố kiến thức và phát huy tính tích cực học tập của học sinh( phần quang hình – vật lí 11)” nhằm giúp

học sinh yêu thích, học tốt môn vật lí và đạt được một trong các yêu cầu của đổi

mới giáo dục đối với giáo viên là: “Động viên, khuyến khích, tạo cơ hội và điều kiện cho học sinh tham gia một cách tích cực, chủ động, sáng tạo vào quá trình khám phá và lĩnh hội kiến thức; chú ý khai thác vốn kiến thức, kinh nghiệm, kĩ năng đã có của học sinh; tạo niềm vui, hứng khởi, nhu cầu hành động và thái độ

tự tin trong học tập cho học sinh; giúp các em phát triển tối đa năng lực và tiềm năng ”

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Sáng kiến kinh nghiệm của tôi hướng tới mục đích nâng cao hiệu quả dạy và

học phần quang hình học vật lí lớp 11 Mà cụ thể “Sử dụng bài tập thí nghiệm vật lí trong việc củng cố kiến thức và phát huy tính tích cực học tập của học sinh( phần quang hình – vật lí 11)” Để học sinh phải tổng hợp được kiến thức

về lí thuyết và thực nghiệm từ đó giúp củng cố khắc sâu được kiến thức đã học, đồng thời tạo hứng thú tự giác tư duy độc lập, tích cực sáng tạo và vận dụng được kiến thức lí thuyết đã học vào trong đời sống và kỉ thuật

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Trang bị cho học sinh kiến thức phần quang hình học, phương pháp sử dụng các dụng cụ đo, sai số trong phép đo các đại lượng vật lí và cách tính sai số, nguyên nhân và cách giảm thiểu sai số của phép đo các đại lượng vật lí

- Xây dựng phương pháp giải bài tập thí nghiệm vật lí

- Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí (phần quang hình học –Vật lí 11)

IV ĐỐI TƯỢNG ÁP DỤNG

- Áp dụng khi dạy học chương VI, chương VII Vật lí 11

- Áp dụng trong phần củng cố kiến thức, tiết bài tập, bài tập về nhà hoặc các buổi hoạt động ngoại khóa

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1 Bài tập thí nghiệm là gì?

- Bài tập thí nghiệm là dạng bài tập chỉ ra mặt kết quả của thí nghiệm đang khảo sát Các bài tập này được giải bằng cách vận dụng tổng hợp các kiến thức lí thuyết và thực nghiệm, các kĩ năng hoạt động trí óc và thực hành, các vốn hiểu biết về vật lí, kĩ thuật và đời sống

- Việc giải các bài tập thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải tự mình xây dựng phương án, lựa chon phương tiện, xác định các điều kiện thích hợp, tự mình thực hiện thí nghiệm theo quy trình, quy tắc để thu thập, xử lí kết quả nhằm giả quyết một cách khoa học, tối ưu bài toán cụ thể

- Vì vậy loại bài tập này có tác dụng toàn diện trong việc đào tạo Giúp học sinh năm vững kiến thức lí thuyết và kĩ năng thực nghiệm vật lí Các bài tập thí nghiệm vật lí có thể sử dụng với nhiều mục đích, vào những thời điểm khác nhau Thông qua bài tập thí nghiệm học sinh được bồi dưỡng, phát triển năng lực tư duy, năng lực thực nghiệm, năng lực hoạt động tự lực, hợp tác, sáng tạo

và bộc lộ rõ kĩ năng sở trường, sở thích vật lí

- Giải các bài tập thí nghiệm là một hình thức hoạt động nhằm nâng cao chât lượng học tập, tăng sự hứng thú, gắn học với hành, lí luận với thực tế, kích thích tính tích cực tự lực, trí thông minh, tài sáng tạo, tháo vát, kiên nhẫn và các đức tính tốt của học sinh Đây cũng là một trong những biện pháp để phát hiện

và bồi dưỡng những học sinh khá, giỏi vật lí

2 Tác dụng của bài tập thí nghiệm với việc phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh.

- Để giải bài tập thí nghiệm học sinh phải tổng hợp được kiến thức về lí thuyết và thực nghiệm từ đó giúp cũng cố khắc sâu được kiến thức đã học

- Bài tập thí nghiệm tạo ra cho học sinh động cơ học tập, sự hăng say tò

mò khám phá, xây dựng kiến thức mới Tạo cho học sinh một hứng thú tự giác

tư duy độc lập, tích cực sáng tạo

- Thông qua bài tập thí nghiệm giúp học sinh vận dụng được kiến thức lí thuyết đã học vào trong cuộc sống

- Với bài tập thí nghiệm vật lí, học sinh có thể đề xuất các phương án thí nghiệm khác nhau gây ra không khí tranh luận sôi nổi trong lớp học

3 Các bước giải bài tập thí nghiệm

Bước 1 Cơ sở lí thuyết

Vận dụng các quy luật, các định luật, nguyên lí…từ đó xây dựng được biểu thức của đại lượng cần đo thông qua các đại lượng khác (có thể đo trực tiếp)

Bước 2 Phương án tiến hành thí nghiệm

- Trình bày cách lắp ráp, bố trí thí nghiệm dựa vào các dụng cụ, linh kiện

đã cho

- Vẽ hình minh họa sơ đồ thí nghiệm

- Trình bày tiến trình thí nghiệm (cách đo các đại lượng cần phải đo)

Bước 3 Xử lí số liệu

- Thay các đại lượng đã đo được vào các biểu thức đã xây dựng ở bước 1

để tìm các đại lượng mà đề bài yêu cầu

- Viết kết quả đo

Bước 4 Đánh giá sai số và trình bày cách làm giảm thiểu sai số

- Đánh giá về phương án có ảnh hưởng như thế nào đến tính chính xác của đại lượng cần đo và đề xuất phương án giảm thiểu sai số

II BIỆN PHÁP TỔ CHỨC THỰC HIỆN

1 Sử dụng trong tiết học

- Sử dụng trong các tiết bài tập chương VI, chương VII (Tiết 52, 54, 58, 61,

62 phân phối chương trình)

- Thời lượng dành cho bài tập dạng này là khoảng 15 phút cuối tiết

- Chỉ xây dụng phương án (nêu phương án, lập luận tính toán mà không đo đạc làm thí nghiệm)

2 Sử dụng làm bài tập về nhà

3 Sử dụng trong hoạt động ngoại khóa của lớp

III BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1 Cho các dụng cụ:

- Thấu kính phẳng lồi

- Thước kẹp, thước

- Màn ảnh

- Nguồn sáng (đèn nhỏ)

Hãy xác định chiết suất của chất làm thấu kính

Hướng dẫn

1 Cơ sở lí thuyết:

Theo hình1

2 2

2

) (

D + − =









Hay

h

h D R

8

4 2

2 +

Từ công thức thấu kính

'

'

d d

d d f

+

Áp dụng công thức tính tiêu cự của thấu kính:

) 1 1 )(

1 ( 1

2

R

n

Trong đó R1=R; R2=∞ suy ra:

R

n f

1 ) 1 (

1 = −

do đó: = + 1

f

R n

2 Phương án đo

Bước 1 - Dùng thước kẹp đo các độ dài D và h của thấu kính từ đó tính

bán kính R của mặt cầu

h

D R

Hình 1

- Áp dụng định lí Pitago trong tam giác vuông ta có:

2

) (

D + − =









Hay

h

h D R

8

4 2

2 +

=

Bước 2 Dùng nguồn sáng, thước, thấu kính và màn ảnh

- Đặt nguồn sáng trước thấu kính, màn ảnh sau thấu kính Di chuyển màn hoặc nguồn sáng cho ảnh hiện rõ nét trên màn Dùng thước đo d, d’ Từ đó tính tiêu cự của thấu kính theo công thức:

'

'

d d

d d f

+

=

3 Xử lí số liệu:

- Thay các đại lượng R, f vào công thức

1 +

=

f

R n

- Tính toán và viết kết quả

4 Cách làm giảm sai số.

- Thực hiện phép đo nhiều lần

Bài 2 Cho các dụng cụ:

- Khối thủy tinh hình hộp chữ nhật

- Tờ giấy kẻ ô milimet

Xác định chiết suất của của khối thủy tinh

Hướng dẫn

1 Cơ sở lí thuyết:

- Khi ta ngắm cạnh đáy của khối hình hộp thì ảnh của nó hiện trên mặt

của hình hộp do tia sáng đã bị khúc xạ (Hình 2)

- Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có:

β

α sin

sin

=

n

I

- Nếu góc α và β đều nhỏ thì :sin α ≈ tan α ; sin β ≈ tan β

β

α β

α tan

tan sin

sin

2 Phương án đo:

- Đặt khối thủy tinh lên tờ giấy sao cho mép A không trùng vơi mép tờ giấy K, cạnh AD song song với vạch giấy Ngắm mép giấy K qua mặt CD như hình 2 và di chuyển khối thủy tinh tới khi thấy mép K trùng với mép A điều nay

có nghĩa là ảnh của A qua khối thủy tinh là K (đặt tầm mắt gần sát đáy khối thủy tinh để cho các góc nhỏ)

- Đọc chiều dài AD và KD theo ô kẻ trên tờ giấy

3 Xử lí số liệu:

- Thay AD và KD vào công thức

KD

AD

n=

- Tính toán và viết kết quả đo

4 Cách làm giảm sai số.

- Thực hiện phép đo nhiều lần

Bài 3 Cho các dụng cụ:

- Hai thấu kính một hội tụ, một phân kì

- Một vật nhỏ

- Một giá đỡ có chia độ (có đế gắn các thấu kính và vật nhỏ)

Hãy phân biệt đâu là thấu kính hội tụ đâu là thấu kính phân kì Nêu

phương pháp xác định tiêu cự của thâu kính hội tụ chỉ bằng các dụng cụ trên

Hướng dẫn

1 Cơ sở lí thuyết:

- Trong không khí: Thấu kính hội tụ là thấu kính rìa mỏng, thấu kính phân

kì là thấu kính rìa dày

- Đối với vật thật: + Thấu kính hội tụ cho ảnh ảo lớn hơn vật nếu vật nằm trong OF, cho ảnh thật nếu vật nằm ngoài OF

+ Thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo và nhỏ hơn vật

- Mắt nhìn qua thấu kính thấy ảnh ảo của vật Nếu vật đặt tại tiêu diện thì ảnh ở vô cùng và nếu vật rời ra xa thấu kính khỏi tiêu diện thì mắt sẽ không quan sát thấy ảnh

2 Phương án đo:

a Phân biệt thấu kính:

Cách 1: Có thể sờ vào thấu kính nó lồi hay lõm Nếu lồi là hội tụ, lõm là

phân kì

Cách 2: Có thể nhìn vật qua thấu kính Nếu nhìn qua thấu kính thấy ảnh

của vật lớn hơn là thấu kính hội tụ nếu thây ảnh của vật nhỏ hơn là thấu kính phân kì

b Xác định tiêu cự của thấu kính

- Đặt thấu kính và vật trên giá Nhìn qua thấu kính thấy ảnh của vật (vật thuộc OF) cố định vật rời từ từ thấu kính ra xa vật cho tới khi ảnh biến mất Khi

đó khoảng cách giữa vật và thấu kính là tiêu cự của thấu kính Đọc khoảng cách trên thước

3 Cách làm giảm sai số.

Thực hiện phép đo nhiều lần

Bài 4 Cho các dụng cụ sau:

- Bản thủy tinh song song có có các mặt vát nghiêng( tiết diện hình thang)

- Thước đo góc, thước kẻ

- Bút chì, giấy trắng

Xác định chiết suất của khối thủy tinh

Hướng dẫn

1 Cơ sở lí thuyết:

- Biểu thức của định luật khúc xạ: nsini= sinr

- Điều kiện phản xạ toàn phần:

+ Ánh sánh truyền từ môi trường sang môi trường chiết quang hơn + Góc tơi phải lớn hơn góc giới hạn (

n gh

1 sin ϕ = )

- Theo hình 4b Xét tia sáng suất phát từ B bắt đầu phản xạ toàn phần tại

E’và khúc xạ ra ngoài tại E

- Gọi:ϕ1 là góc phản xạ toàn phần

ϕ2 là góc tới tại E trên AD

α là góc quay của bản thủy tinh

ϕ3 là góc khúc xạ từ bản thủy tinh đi ra ngoài ϕ3 = α

δ là góc CDA

- Ta có: sin 1 1( 1 )

n

= ϕ

ϕ1+ϕ2= δ Hay ϕ2= δ - ϕ1(2)

) 3 ( sin sin

sin ϕ2= ϕ3 = α

n

- Thay (2) vào (3) ta được:

α ϕ

δ ) sin

sin( − 1 =

n

δ α

δ

α δ

δ

α δ

ϕ ϕ

δ

cos sin

sin 1

sin ) cos 1 1

(sin

) ' 3 ( ) 1

(

) ' 3 ( sin ) cos sin cos

(sin

2 2

1 1

+

=

−

⇔

=

−

−

=

−

⇔

n

n n

n n

vào thay

n

- Giải phương trình trên ta được

C B

Hình 4a

E’

C

B

E

A

D

Hình 4b O

1 cos sin 2 sin sin

δ

n

2 Phương án đo

- Sử dụng thước đo góc đo các góc α và δ

- Ghi kết quả đo

3 Xử lí số liệu:

- Thay các góc α và δ vào công thức

1 cos sin 2 sin sin

δ

n

- Tính toán và ghi kết quả đo

4 Cách làm giảm sai số.

- Thực hiện phép đo nhiều lần

Bài 5 Cho các dụng cụ và linh kiện sau:

- Một thấu kính hội tụ

- Một hệ giá đỡ dụng cụ quang học (có thể đặt ở các tư thế khác nhau)

- Một nguồn laze

- Một màn ảnh

- Một cốc thủy tinh đáy phẳng, mỏng, trong suốt, đường kính đủ rộng

- Một thước đo chiều dài chia tới milimet

- Các vật liệu khác: kẹp, nước sạch(n=4/3)

Hãy xác định bán kính cong hai mặt thấu kính hội tụ và chiết suất của vật liệu làm thấu kính?

Hướng dẫn:

1 Cơ sở lí thuyết

- Công thức tính độ tụ









 +

−

=

=

2 1

1 1 1

1

R R

n f D

- Tia sáng tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ thì tia ló đi qua tiêu điểm chính

- Hệ gồm hai thấu kính ghép sát thì D = D1 + D2 Hay

2 1

1 1 1

f f

f = +

- Xét hệ hai thấu kính gồm f ghép sát với thấu kinh fA ta có:

A

f f f

1 1 1 2

+

=











−











 −

=

1

1 1 3

4 1

R

f A

2 1

1

1 ) 3

4 1 ( 1 1

f f

f f R

R f

(1)

- Tương tự hệ hai thấu kính gồm f ghép sát với fB

ta có:

B f f f

1 1 1 3

+

=











−











 −

=

2

1 1

3

4 1

R

f B

3 2

2

1 ) 3

4 1 ( 1 1

f f

f f R

R f

(2)

- Và chiết suất của chất làm thấu kính được xác định theo công thức:

2 1

2 1 2

1

R R f

R R f R R n

+

+ +

2 Phương án đo

- Đặt thấu kính trên giá đỡ dùng nguồn laze chiếu chiếu song với giá Xác định được f

- Đặt thấu kính vào cốc cho nước ngập hết mặt dưới của thấu kính ta được hệ thấu kính Đo f2

- Lật lại thấu kính và làm tương tự Đo f3

3 Xử lí số liệu

- Thay f, f2, f3 vào các công thức (1), (2) và (3) tính toán và ghi kết quả

4 Cách giảm thiểu sai số

- Thực hiện phép đo nhiều lần

Bài 6 Cho các dụng cụ:

- Một cái bình dạng hình hộp chữ nhật trong suốt

- Một bình chứa chất lỏng

f R 2

R1

- Nguồn laze bán dẫn để tạo ra chùm sáng đơn sắc hẹp

- Giá

- Thước thẳng, giấy kẻ ô tới m m, băng dính và bút chì

Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để xác định chiết suất n của chất lỏng trong bình

Hướng dẫn:

1 Cơ sở lí thuyết

Nếu chiếu một tia sang laze tới bề mặt của chất lỏng bình với góc tới 0 thì tia sáng này được chia ra thành một tia phản xạ với góc phản xạvà một tia khúc xạ với góc khúc xạ 

Áp dụng định luật khúc xạ: sinα =n sinβ (1)

Kèm với các kí hiệu trên hình 6

co tan ; co tan

Nếu điểm tới gần sát thành bình thì c = D (D bề

rộng của dáy bình)

Hay co tan a ; co tan b

Tương tự:

2 2

D sin

α =

+ Kết hợp các biểu thức này với (1), ta nhận được:

n

+

=

+ (3)

2 Phương án đo

- Dùng băng dính dán ép thước thẳng đứng theo một mặt bên của bình

như hình 6.

c

D Hình 6

b

a α β

α O

- Rót chất lỏng cần đo chiết suất vào bình sao cho mặt chất lỏng sát thành bình gần phẳng (không để mặt chất lỏng lồi lên hoặc lõm xuống)

- Dùng tia laze chiếu vào mặt chất lỏng ở điểm tới gần như sát vào thành bình đối với thước Tia sáng này được chia ra thành một tia phản xạ và một tia khúc xạ Cả hai tia đều đập lên thước tạo thành các vệt sáng nhỏ trên đó

- Đo các đại lượng D, a, b

3 Xử lí số liệu

- Thay D, a, b vào n D22 b22

+

=

+ tính toán ghi kết quả

4 Cách giảm thiểu sai số

- Thực hiện phép đo nhiều lần với các góc tới khác nhau

- Từ (3), ta có thể viết: b2 = n2a2 + (n2 – 1) D2

Trong biểu thức này ta thấy được b2 phụ thuộc bậc nhất vào a2.Vì vật khi đo được các giá trị của a và b với các góc tới khác nhau thì có thể vẽ được đồ thị của sự phụ thuộc này (dạng đường thẳng) Từ đó, trên giấy kẻ ôli sẽ xác định được độ nghiêng của đồ thị – đó chính là n2 và tính được n Như vậy ta không cần phải đo đại lượng D

IV BÀI TẬP BỔ XUNG

Bài 1 Cho các dụng cụ sau:

Cốc nước, hai bản thủy tinh, bìa cứng, kéo, bột dẻo, thước đo góc, nguồn sáng

và tờ giấy trắng

Hãy nêu phương án xác định chiết suất của nước

Bài 2 Cho các dụng cụ sau:

Thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, thước, nguồn sáng và màn ảnh

Hãy xác định tiêu cự của thấu kính phân kì?

Bài 3 Cho các dụng cụ sau:

Bình đựng chất lỏng phải nghiên cứu, một thấu kính hội tụ, một bóng đèn nhỏ, pin, dây điện, màn ảnh, một cốc hình trụ thành rất mỏng, giấy kẻ milimét